 |
 |
 |
 |
 |
 |
||
 |
 |
 |
 |
 |
| 7 | 1/1 | 返回列表 |
| 查看: 264 | 回復(fù): 6 | |||
[交流]
冷凍電鏡技術(shù)是什么？原理、應(yīng)用與發(fā)展深度解讀
|
|||
|
冷凍電子顯微鏡（Cryo-electron microscopy，簡(jiǎn)稱Cryo-EM）是指對(duì)冷凍樣品進(jìn)行電子顯微鏡觀察的技術(shù)。其目的是盡可能觀察樣品接近天然狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)。該技術(shù)特別適用于含水樣品，因此已成為研究生物樣本的重要工具。 一、發(fā)展背景 冷凍電子顯微鏡的誕生經(jīng)歷半世紀(jì)之久。20世紀(jì)30年代，在Ernst Ruska研制出第一臺(tái)電子顯微鏡后不久，Ladislaus Marton意識(shí)到，使用這種儀器研究生物樣品時(shí)，“有機(jī)細(xì)胞會(huì)因強(qiáng)烈的電子轟擊而遭到破壞”。他提出，需要開發(fā)新的樣品制備技術(shù)，例如對(duì)樣品進(jìn)行冷卻。20世紀(jì)50年代，Humberto Fernández-Morán首次進(jìn)行了低溫電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)，但樣品在冷凍過程中因形成冰晶而受到損傷。20世紀(jì)70年代中期，Taylor和Glaeser發(fā)現(xiàn)，冷卻樣品可提高其對(duì)輻射損傷的耐受性。然而，直到20世紀(jì)80年代，Jacques Dubochet找到了一種不產(chǎn)生冰晶的樣品冷凍方法，現(xiàn)代低溫電子顯微鏡才真正誕生。 冷凍電鏡技術(shù)主要面臨三個(gè)挑戰(zhàn)。 1、在樣品制備、轉(zhuǎn)移至顯微鏡以及在顯微鏡中觀察過程中，需要保持樣品處于低于-140°C的低溫狀態(tài)。 2、電子束敏感性。即使在冷凍條件下，樣品也極易受到電子束輻射的損傷，因此透射電鏡（TEM）通常采用低劑量條件成像，掃描電鏡（SEM）則采用低電壓成像。 3、在冷凍透射電鏡中，信號(hào)來源于電子束與樣品的直接相互作用，卻沒有使用重金屬染色來增強(qiáng)對(duì)比度，由于信噪比（SNR）較差，導(dǎo)致成像質(zhì)量不高。 二、實(shí)驗(yàn)流程 冷凍電鏡首先通過超低溫冷凍技術(shù)固定生物大分子或材料，利用透射電子顯微鏡（TEM）觀測(cè)其三維結(jié)構(gòu)。其核心原理可概括為以下三步： 1、低溫固定：將含水樣品（如蛋白質(zhì)溶液、細(xì)胞組織）快速浸入-196℃的液氮冷卻乙烷中，數(shù)毫秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)“玻璃化凍結(jié)”——避免傳統(tǒng)冷凍導(dǎo)致的冰晶損傷，，而是轉(zhuǎn)化為無定形的玻璃態(tài)冰，完美鎖定樣品的天然構(gòu)象。 2、電子成像：在液氦溫度（4.3K）或液氮溫度（77K）下，電子束穿透樣品形成二維投影圖像。由于生物分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需從數(shù)百至上百萬張不同角度的投影圖中提取信息。 3、三維重構(gòu)：利用計(jì)算機(jī)算法對(duì)數(shù)千張不同角度的二維圖像進(jìn)行分類、對(duì)齊與平均處理，通過迭代重投法、自適應(yīng)建模等技術(shù)，反向推算出樣品的三維結(jié)構(gòu)模型。如今，該技術(shù)已能實(shí)現(xiàn) 1.8埃 的近原子分辨率（1Å=0.1 納米），清晰呈現(xiàn)蛋白質(zhì)的氨基酸側(cè)鏈、核酸的堿基配對(duì)等細(xì)節(jié)。 三、冷凍電鏡分析技術(shù) 近年來，“冷凍電鏡”這一術(shù)語僅被用于指代冷凍透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究。然而，冷凍電鏡實(shí)際上還包括兩種被廣泛使用的技術(shù)——單顆粒分析（SPA）與冷凍電子斷層掃描（Cryo-ET）。 那么需要關(guān)注的是，我需要采用單顆粒分析還是冷凍電子斷層掃描呢？ 單顆粒分析（SPA）技術(shù)針對(duì)純化后的生物大分子（如蛋白質(zhì)、病毒、核酸復(fù)合物），利用其在溶液中隨機(jī)取向的特性，采集數(shù)十萬甚至數(shù)百萬張單顆粒二維投影圖像，通過計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行分類、對(duì)齊與三維重構(gòu)，最終獲得高分辨率三維結(jié)構(gòu)。該技術(shù)無需樣品結(jié)晶，僅需微量純化樣品即可實(shí)現(xiàn)解析，尤其適用于異質(zhì)性強(qiáng)、難結(jié)晶的大分子復(fù)合物。 優(yōu)勢(shì)： Ø 解析生物大分子的分辨率最高可達(dá)原子級(jí)（~1-3Å）。 Ø 樣品受總輻射值小。 Ø 對(duì)稱顆粒的解析分辨率更高，是獲取其精細(xì)結(jié)構(gòu)的黃金標(biāo)準(zhǔn)。 Ø 適合分子量大的樣品。分子量越大，結(jié)果越好。 冷凍電子斷層掃描（Cryo-ET）類比醫(yī)院電腦斷層掃描斷層掃描技術(shù)，通過旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)（傾斜角度范圍-60°至+60°），對(duì)冷凍后的細(xì)胞、組織或原位樣品進(jìn)行多角度二維成像，獲取40-60張不同角度的投影圖，再基于“中心截面定理”進(jìn)行三維重構(gòu)，形成樣品的三維斷層圖像。結(jié)合子斷層圖像平均法（STA），分辨率最高可達(dá)3Å，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)原位生物大分子的結(jié)構(gòu)觀測(cè)。該技術(shù)通常應(yīng)用于細(xì)胞層面的研究，用于分析細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)及其相互之間的關(guān)系，并可應(yīng)用于完整的小型樣品（如細(xì)菌）的觀察。對(duì)于較大較厚的樣品，則需要進(jìn)行切片減薄處理。該技術(shù)的重要性在于，它能夠在細(xì)胞內(nèi)天然環(huán)境中揭示分子結(jié)構(gòu)的真實(shí)形態(tài)。 優(yōu)勢(shì)： Ø 保存原始空間背景，直接展示目標(biāo)分子在細(xì)胞原生環(huán)境(原位)中的真實(shí)狀態(tài)、位置和與其他細(xì)胞器的空間關(guān)系。 Ø 作為一種"無假設(shè)"的觀測(cè)方法，可以在復(fù)雜的細(xì)胞環(huán)境中發(fā)現(xiàn)新的結(jié)構(gòu)或已知分子的未知組裝形式。 Ø 簡(jiǎn)單直接，對(duì)樣品的要求較低。 四、低溫電鏡在結(jié)構(gòu)生物學(xué)的應(yīng)用 新冠病毒刺突蛋白的動(dòng)態(tài)構(gòu)象 清華大學(xué)李賽團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)李蘭娟團(tuán)隊(duì)合作解析出新冠病毒全病毒三維結(jié)構(gòu)，對(duì)疫苗及抗體研發(fā)、疫情防控宣傳、科普教育、分子動(dòng)力學(xué)模擬等具有十分重要作用，為疫苗設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵依據(jù)。 噬藻體A4的侵染機(jī)制 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)周叢照?qǐng)F(tuán)隊(duì)解析了侵染模式藍(lán)藻魚腥藻PCC 7120的肌尾噬藻體A-1（L）尾部機(jī)器的完整三維結(jié)構(gòu)，揭示了噬藻體A-1（L）與其特異性宿主藍(lán)藻相互作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和分子機(jī)制。有助于深入理解噬藻體與宿主藍(lán)藻相互作用的分子機(jī)制，為將來開發(fā)環(huán)境友好型底盤噬藻體奠定理論基礎(chǔ)。 阿爾茨海默病 tau 蛋白的聚集體結(jié)構(gòu) 英國利茲大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)掃描了阿爾茨海默病患者的死后腦組織，發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病患者大腦中的β-淀粉樣蛋白中存在混合的微觀絲狀結(jié)構(gòu)，稱為纖維絲，以及其他結(jié)構(gòu)。為揭示阿爾茨海默病的發(fā)展機(jī)制提供了方向。并且還能啟示科學(xué)家用于分析其他神經(jīng)退行性疾病的根本原因。 五、達(dá)遠(yuǎn)辰光Cryo-EM結(jié)構(gòu)解析技術(shù)平臺(tái) 深圳達(dá)遠(yuǎn)辰光科技有限公司由大學(xué)教授、歸國技術(shù)專家以及深耕生物技術(shù)市場(chǎng)數(shù)十年的資深專家共同創(chuàng)立，技術(shù)力量雄厚，在結(jié)構(gòu)生物學(xué)方面積累了豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，始終致力于為廣大生命科學(xué)研究機(jī)構(gòu)提供從蛋白表達(dá)純化到蛋白功能研究和結(jié)構(gòu)解析服務(wù)，以滿足各種科研及新藥開發(fā)研究需求，兼具快速交付、卓越品質(zhì)和跨團(tuán)隊(duì)/跨平臺(tái)的高效協(xié)同優(yōu)勢(shì)。 服務(wù)優(yōu)勢(shì) Ø 快速交付 達(dá)遠(yuǎn)辰光由具備多學(xué)科專業(yè)知識(shí)的冷凍電鏡專家團(tuán)隊(duì)支撐，提供一站式定制化服務(wù)，最快可一個(gè)月交付項(xiàng)目。 Ø 平臺(tái)資源充足 具備多個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的冷凍電鏡資源，專業(yè)的分析團(tuán)隊(duì)，可以及時(shí)迅速地開啟項(xiàng)目，適應(yīng)項(xiàng)目中的不同需求，加速研究進(jìn)展，提升研發(fā)能力。 Ø 性價(jià)比高 低于同行業(yè)的服務(wù)價(jià)格，高于同行業(yè)的服務(wù)質(zhì)量。 |
回復(fù)此樓» 猜你喜歡
請(qǐng)問怎么才能在有羧基存在的情況下，只給酚羥基上甲基
已經(jīng)有4人回復(fù)
-
博導(dǎo)推薦
已經(jīng)有2人回復(fù)
-
藥物學(xué)論文潤(rùn)色/翻譯怎么收費(fèi)?
已經(jīng)有226人回復(fù)
-
哪里做甘氨酸受體與配體結(jié)合率的試驗(yàn)
已經(jīng)有0人回復(fù)
-
參比制劑，自己做的PK數(shù)據(jù)與IF資料報(bào)道的數(shù)據(jù)相差很大
已經(jīng)有2人回復(fù)
-
祈求中本子
已經(jīng)有0人回復(fù)
-
各位大佬，H口面上什么時(shí)候會(huì)評(píng)？？？
已經(jīng)有30人回復(fù)
-
關(guān)于SCI雜志發(fā)表掛名
已經(jīng)有32人回復(fù)
-
2026年山東大學(xué)海洋學(xué)院生物與醫(yī)藥博士招生-李霞課題組
已經(jīng)有0人回復(fù)
-
博士研究生招生
已經(jīng)有0人回復(fù)
-
藥理學(xué)、臨床藥學(xué)方向 調(diào)劑
已經(jīng)有0人回復(fù)
» 本主題相關(guān)商家推薦: (我也要在這里推廣)
» 搶金幣啦！回帖就可以得到:
-
海南大學(xué)吳道雄&邱天宇老師團(tuán)隊(duì)招收博士生與招聘博士后
+5/365
-
長(zhǎng)期招收有色金屬、稀土、固體氧化物燃料電池等領(lǐng)域碩士和博士研究生
+1/87
-
誠邀原子層沉積技術(shù)方向博士后
+1/82
-
山東理工大學(xué)副校長(zhǎng)、國家級(jí)領(lǐng)軍人才團(tuán)隊(duì)招收2026年度博士研究生
+1/50
-
坐標(biāo)南京或周邊附近
+1/49
-
哈爾濱工業(yè)大學(xué)招收博士研究生（歡迎環(huán)境、生物、市政、農(nóng)業(yè)、化學(xué)等專業(yè)）長(zhǎng)期有效
+1/19
-
加拿大卡爾頓大學(xué)【招博后】【心理學(xué)人工智能】
+1/11
-
Analytical Science Advances（Wiley出版社）長(zhǎng)期征稿中..
+1/8
-
溫州大學(xué)王娟課題組招收2026年碩博生
+1/8
-
“教育部長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃”入選團(tuán)隊(duì)招收材料，化學(xué)與化工博士研究生
+1/7
-
#南方科技大學(xué)# 仿生醫(yī)藥與材料實(shí)驗(yàn)室 招高分子方向博士生、科研助理
+1/7
-
2026年西南科技大學(xué)材料與化學(xué)-功能涂層調(diào)劑招生
+1/5
-
清華大學(xué)深圳國際研究生院張旻課題組招收2027級(jí)博士生_機(jī)械、儀器方向
+1/4
-
中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院成會(huì)明院士/唐永炳杰青團(tuán)隊(duì)擬招聘博士后若干名。
+1/3
-
海南大學(xué)-國家級(jí)人才團(tuán)隊(duì) 招2026級(jí)全日制碩士研究生
+1/2
-
深圳理工大學(xué)劉鑫課題組高薪招聘博士后
+1/2
-
中國科學(xué)院大學(xué)杭州高等研究院 膠體量子點(diǎn)材料與器件方向 博士后招聘
+1/2
-
武漢科技大學(xué)黃思煜教授招收博/碩士及師資博士后、特任教授
+1/1
-
湖南理工學(xué)院有機(jī)合成化學(xué)方向招收化學(xué)化工類調(diào)劑學(xué)生
+1/1
-
同濟(jì)大學(xué)博士后招聘專業(yè)不限
+1/1
簡(jiǎn)單回復(fù)
ckxbear2樓
2026-01-29 10:09
回復(fù)
Longlight(金幣+1): 謝謝參與
tfang3樓
2026-01-29 10:25
回復(fù)
Longlight(金幣+1): 謝謝參與
2026-01-29 10:51
回復(fù)
Longlight(金幣+1): 謝謝參與
2026-01-29 12:11
回復(fù)
Longlight(金幣+1): 謝謝參與
tfang6樓
2026-01-29 14:09
回復(fù)
bjdxyxy7樓
2026-01-29 15:28
回復(fù)
Longlight(金幣+1): 謝謝參與
南 發(fā)自小木蟲手機(jī)客戶端
相關(guān)版塊跳轉(zhuǎn)
我要訂閱樓主 Longlight 的主題更新
| 7 | 1/1 | 返回列表 |
| 最具人氣熱帖推薦 [查看全部] | 作者 | 回/看 | 最后發(fā)表 | |
|---|---|---|---|---|
|
[考研]
 0703化學(xué)學(xué)碩 288分
+4
|
旅行中的紫葡萄 2026-03-03 | 4/200 |
|
|---|---|---|---|---|
|
|
[考研] 環(huán)境工程學(xué)碩288求助調(diào)劑 +7 | 多吃億口芝士 2026-03-02 | 7/350 |
|
|
[考研] 266求調(diào)劑 +4 | 哇塞王帥 2026-03-03 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 276求調(diào)劑 +8 | 路lyh123 2026-02-28 | 10/500 |
|
|
|
[考研] 266材料化工求調(diào)劑 +3 | 哇塞王帥 2026-03-03 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 材料328求調(diào)劑 +4 | 一個(gè)蘿卜02 2026-03-03 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 289求調(diào)劑 +7 | BrightLL 2026-03-02 | 9/450 |
|
|
|
[考研] 成績(jī)276，專業(yè)代碼0856求調(diào)劑 +7 | 小陳朵 2026-03-03 | 7/350 |
|
|
|
[考研] 283求調(diào)劑 +9 | 鹿沫笙 2026-03-02 | 9/450 |
|
|
|
[考研] 一志愿中科大能動(dòng)297求調(diào)劑，本科川大 +3 | 邵11 2026-03-03 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 環(huán)境工程專碩307求調(diào)劑 +3 | ccc! 2026-03-03 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 26考研報(bào)考西工大材料308分求調(diào)劑 +4 | weizhong123 2026-03-01 | 5/250 |
|
|
|
[考研]
材料325求調(diào)劑
30+3
|
mariusuki 2026-03-02 | 7/350 |
|
|
|
[考研] 338求調(diào)劑 +5 | 18162027187 2026-03-02 | 6/300 |
|
|
|
[考研] 0854復(fù)試調(diào)劑 276 +5 | wmm9 2026-03-01 | 7/350 |
|
|
|
[考研] 求調(diào)劑 +7 | repeatt?t 2026-02-28 | 7/350 |
|
|
|
[考研] 0856求調(diào)劑285 +11 | 呂仔龍 2026-02-28 | 11/550 |
|
|
|
[基金申請(qǐng)] 此成果不能導(dǎo)入原因：元數(shù)據(jù)必填信息不完整，可 進(jìn)行補(bǔ)充。 +4 | Kittylucky 2026-03-02 | 5/250 |
|
|
|
[考研] 328求調(diào)劑 +3 | aaadim 2026-03-01 | 5/250 |
|
|
|
[考研]
尋找調(diào)劑
+4
|
LYidhsjabdj 2026-02-28 | 4/200 |
|